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41 Trend Guide Leistungshalbleiter 2022 www markttechnik de CCM-Sperrwandler mit konstanter Schaltfrequenz Im Festfrequenz-Betrieb arbeitende CCM-Sperrwandler werden typischerweise für Netzteile und kleine Ladegeräte in einem Leistungsbereich oberhalb von 45 Wverwendet Vorteile dieser Betriebsart sind die niedrigen Welligkeitsund RMS-Ströme die zu geringeren I 2 R-Verlusten führen Dank der geringeren Scheitelströme können außerdem kleinere Filterbauteile verwendet werden Der größte Nachteil des CCM-Sperrwandlers besteht darin dass ein höherer Induktivitätswert benötigt wird weshalb die Abmessungen der Spule größer sein können Das Funktionsprinzip dieser Betriebsart und die wichtigsten Stromund Spannungsverläufe sind in Bild 3 dargestellt Während der Einschaltphase des Flyback-MOSFET steigt der Strom in der Primärwicklung des Übertragers von einem von null verschiedenen Anfangswert auf einen Scheitelwert I LPK an Im abgeschalteten Zustand des MOSFET sinkt der Strom wieder ab – allerdings nicht bis auf null QR-Sperrwandler mit variabler Schaltfrequenz Ein Quasi-Resonanz-Sperrwandler ist ein DCM-Sperrwandler der beim Minimum des Stroms Valley Switching einschaltet Diese Variante wird vorrangig in getakteten Stromversorgungen wie etwa Ladegeräten Netzteilen und Hilfsstromversorgungen eingesetzt Der wichtigste Pluspunkt des QR-Sperrwandlers sind die geringeren Einschaltverluste des MOSFET Außerdem sind die leitungsgeführten Störgrößen geringer da sich die Energie der Störaussendungen aufgrund der Modulation der Schaltfrequenz auf ein breiteres Frequenzspektrum verteilt Diesen Vorteilen stehen jedoch auch gewisse Nachteile gegenüber Da es sich effektiv immer noch um einen DCM-Sperrwandler handelt sind die Scheitelund RMS-Ströme höher als bei CCM-Sperrwandlern was zu höheren Leitungsverlusten im MOSFET und zu ebenfalls höheren Verlusten in der Primärwicklung des Übertragers führt Aus diesem Grund werden QR-Sperrwandler nicht für Anwendungen empfohlen die eine höhere Leistung bieten oder einen weiten Bereich von 65 Wbis 100 Woder sogar darüber abdecken sollen Das Funktionsprinzip und wichtige Spannungsund Stromverläufe dieser Schaltung sind Bild 4 zu entnehmen Welche Anforderungen stellen leistungsfähige Sperrwandler an den Leistungs-MOSFET? Unabhängig von der Betriebsart in der ein Sperrwandler arbeitet wirken sich der gewählte Schalter und dessen Parameter entscheidend auf die insgesamt erzielte Leistungsfähigkeit aus Topologie und Funktionsweise eines Sperrwandlers führen einerseits dazu dass der Schalter mit hohen Spannungen konfrontiert wird sodass dieses Bauelement für das Abschalten eine hohe Durchbruchspannung aufweisen muss Andererseits führt die Forderung nach einer hohen Durchbruchspannung dazu dass sich wichtige andere Kennzahlen verschlechtern was neben der größeren Chipfläche auch auf die höheren Eingangsund Ausgangskapazitäten zurückzuführen ist Um die aus dem Bedarf des Marktes resultierenden Herausforderungen zu erfüllen bietet die Technologie »MDmesh K6« von ST deutliche Vorteile in Sperrwandler-Topologien für Netzteile Ladegeräte LED-Beleuchtungen Smart Meter Hilfsstromversorgungen und industrielle Stromversorgungen Bild 2 Funktionsprinzip des DCM-Sperrwandlers Bild 3 Funktionsprinzip des CCM-Sperrwandlers Bild 4 Funktionsprinzip des QR-Sperrwandlers